外在膜蛋白分布在膜的內外表面，約占膜蛋白的20%～30%，主要在內表面，為水溶性蛋白，它通過離子鍵、氫鍵與膜脂分子的極性頭部相結合，或通過與內在蛋白的相互作用，間接與膜結合。
膜蛋白（左：外周膜蛋白與內在膜蛋白；右：脂錨定蛋白）內在蛋白約占膜蛋白的70%～80%，是雙親媒性分子，可不同程度的嵌入脂雙層分子中。有的貫穿整個脂雙層，兩端暴露于膜的內外表面，這種類型的膜蛋白又稱跨膜蛋白。內在膜蛋白露出膜外的部分含較多的極性氨基酸，屬親水性，與磷脂分子的親水頭部鄰近；嵌入脂雙層內部的膜蛋白由一些非極性的氨基酸組成，與脂質分子的疏水尾部相互結合，因此與膜結合非常緊密。 據估計人類基因中，1/4~1/3基因編碼的蛋白質為內在膜蛋白。
脂錨定膜蛋白是通過與之共價相連的脂分子插入膜的脂雙分子中，從而錨定在細胞質膜上。